KAZAKOV LEV LEONIDOVICH (RU)
MIKHEYEV ANDREY STANISLAVOVICH (RU)
TARASOV VALERY ANATOLYEVICH (RU)
WO2000065608A1 | 2000-11-02 |
RU2444074C1 | 2012-02-27 | |||
RU2196364C2 | 2003-01-10 |
Формула изобретения 1. Способ получения порошка селенида ванадия для формирования активной части источников гамма-излучения на основе изотопа селен-75, включающий смешивание порошков селена и ванадия при массовом отношении селена к ванадию MxSey, где у/х принимает значение от 1 до 3, и ступенчатую термическую обработку в инертном герметичном контейнере, смешивают тонкодисперсные порошки с размером частиц не более 200 мкм, прессуют таблетки из этой смеси, таблетки помещают в герметичный контейнер, нагревают до температуры не более 230°С, выдерживают при этой температуре не менее четырёх часов, затем нагревают до 440°С с последующей выдержкой в течение пяти часов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагревание проводят со средней скоростью возрастания температуры не более 1 ,5 град./мин. 7 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) |
Изобретение относится к ядерной технике, преимущественно к области изготовления источников гамма излучения, используемых в различных областях промышленности, например, в гаммадефектоскопии для проведения радиографического контроля в нестационарных условиях при отсутствии источников питания, а также при контроле труднодоступных мест. Свойства изотопа селен-75, являющегося излучателем «мягкого» гамма-излучения с энергией 0,26- 0,4 МэВ, обуславливают его использование в источниках ионизирующего излучения (ИИИ), используемых в переносных приборах для дефектоскопии.
Известен способ изготовления источников гамма-излучения на основе селена-75 с энергией 0,26-0,4 МэВ (патент RU 2196364, G21G 4/04 «Способ изготовления источника гамма-излучения на основе селена-75»), включающий операции прессования, герметизации обогащенного селена-74 в капсулу из ванадия, облучения полученной ампулы в атомном реакторе и последующей герметизации облученной ампулы с селеном в капсуле из легированной стали. Отличие заключается в том, что прессуют таблетку селена-74 до плотности не менее 80% от теоретической, помещают ее в ампулу, внутренний объем которой рассчитывают так, чтобы при минимальных размерах ампулы обеспечить свободный объем, который позволит компенсировать без деформации избыточное давление, создающееся внутри герметичной ампулы при облучении, и обеспечить требуемую потребителем гамма- активность источников, облучают в реакторе в режиме, обеспечивающем достижение удельной активности селена-75 не менее 1000 Ки/г, и герметизируют во второй ампуле, причем в качестве материала первой ампулы используют металлы, у которых при облучении в реакторе образуются лишь изотопы, имеющие энергию гамма-излучения меньше энергии гамма-излучения селена-75, или образуются радиоактивные изотопы с периодом полураспада менее 1 ч.
Однако указанный способ характеризуется недостаточно высокой плотностью прессованной таблетки активируемого сердечника (по сравнению с теоретической) и, соответственно, недостаточной абсолютной активностью полученного излучателя. Другим важным недостатком данного способа является нестабильность получаемых геометрических параметров фокального пятна излучателя, которая обусловлена неконтролируемым формоизменением активной части ИИИ. Данное формоизменение обусловлено разогревом ампулы в процессе облучения до температуры ~ 400°С, которая превышает температуру плавления селена. В этих условиях селен реагирует со многими металлами, пригодными для изготовления ампулы, в том числе с титаном и ванадием, что и приводит к неконтролируемому изменению формы активной части ИИИ и последующему искажению формы его фокального пятна, уменьшению толщины стенок и снижению прочности ампулы-мишени, что, в последующем, отрицательно влияет на разрешающую способность гамма- дефектоскопии.
Известен способ изготовления источника гамма-излучения (патент RU N°2221293, G21G 4/04 «Источник гамма-излучения», 2000 г.), по которому получают селенид металла смешиванием известного количества порошка обогащенного селена-74 с соответствующим количеством порошкообразного металла, размещением в герметичном контейнере (кварцевой ампуле) смеси, имеющей формулу M x Se y (где у/х принимает значение от 1 до 3, М - один из приемлемых металлов или смесь двух или более приемлемых металлов) и нагреванием, причем первоначально нагревают смесь до температуры (450 - 550)°С в течение 4 часов, а затем - при 800°С в течение 100 часов. После этого, полученный селенид металла прессуют в таблетки или гранулы требуемой формы для получения в последующем требуемого фокального пятна ИИИ, помещают в капсулу и облучают в реакторе.
Недостатками данного способа являются его трудоемкость, энергозатратность и длительность проведения процесса получения селенида ванадия. Помимо этого, ввиду проведения термообработки при температурах, превышающих температуру плавления селена (~220°С), внутри герметичного контейнера, представляющего собой кварцевую ампулу, происходит испарение паров селена, что приводит к росту давления внутри ампулы и может вызвать её последующее разрушение с потерей целевого продукта.
Задачей предлагаемого технического решения является сокращение трудоемкости и времени протекания процесса получения селенида ванадия VSe 2 , упрощение технологического оборудования, повышение безопасности процесса, а также - в получении конечного продукта в виде порошка VSe 2 с достаточно хорошей текучестью и сыпучестью, обеспечивающих заполнение пресс-форм сложной формы для последующего получения таблеток с высокой плотностью без спекания.
Указанный технический результат в предлагаемом способе получения селенида ванадия для изготовления активной части источника гамма-излучения достигается за счёт получения однородной смеси порошков селена и ванадия при массовом отношении селена к ванадию M x Se y , где у/х принимает значение от 1 до 3, путем смешивания тонкодисперсных порошков селена и ванадия с размером частиц не более 200 мкм, и последующей двухступенчатой термической обработкой смеси в герметичном контейнере с инертной атмосферой. Способ включает стадию нагревания смеси до температуры не более 230°С с выдержкой при этой температуре не менее четырёх часов, и последующее нагревание до 440°С с выдержкой при этой температуре в течение не менее пяти часов. Средняя скорость возрастания температуры не должна превышать 1,5 град. /мин для каждого из этапов нагревания.
Экспериментально доказано, что смешивание тонкодисперсных порошков с размером частиц не более 200 мкм после термической обработки позволяет получить материал с гексагональным типом кристаллической решётки. При нагревании смеси порошков до 230°С с заданной скоростью, обеспечивается равномерность и однородность нагревания смеси, происходит переход селена в жидкую фазу, и он начинает взаимодействовать с частицами порошка ванадия. Последующая выдержка смеси при данной температуре позволяет обеспечить образование в смеси селенида ванадия без значительного роста давления паров селена внутри нагреваемой кварцевой капсулы. Дальнейшее нагревание смеси до температуры 440°С и выдержка при этой температуре в течение пяти часов, помимо полного взаимодействия компонентов смеси, обеспечивает образование селенида ванадия (VSe2) с гексагональным типом кристаллической решётки.
Данный способ (синтез из простых веществ) является наиболее удобным и обеспечивающим минимальные потери дорогостоящего обогащенного изотопа селена-74 при обработке.
Сущность изобретения поясняется на фигуре 1 и 2, где: на фигура 1 - Экспериментальный рентгеновский спектр полученной таблетки селенида ванадия (1) и эталонный спектр селенида ванадия (2); на фигура 2 - результаты рентгеновского просвечивания капсул с селенидом ванадия до (а) и после (б) проведения термоиспытаний.
Для проверки технической реализуемости способа выбор количества смешиваемых материалов осуществлялся в соответствии с приведенным уравнением: m V + n Se = V m Se n m-50,9 n-79,0 где m = 1 и n = 2, количество молей смешиваемых материалов (ванадия и селена). Для получения однородной смеси взяты тонко дисперсные порошки с размером частиц не более 200 мкм с массами 0,509 г
(ванадий) и 1,58 г (селен), смешивали порошки в закрытом объеме на вибрационном столе с помощью просеивающей машины. Таким образом, была подготовлена однородная смесь из селена и порошкообразного ванадия с массовым отношением Se/V = 3/1.
Из полученной смеси были отпрессованы таблетки, которые герметично запаяли в кварцевые ампулы, заполненные гелием. Запаянные ампулы с образцами поместили в контейнер из нержавеющий стали и подвергли термической обработке в лабораторной муфельной печи: подъём температуры -1,5°С/мин. до температуры 225 °С с выдержкой в печи при этой температуре 4 часа. При такой температуре таблетка теряет свою форму (селен переходит в жидкую фазу) и принимает компактную форму сферического конца кварцевой ампулы. В дальнейшем производили подъем температуры до 440°С со скоростью 1,5°С/мин и выдерживали при этой температуре в течение 5 часов. В результате такой термообработки получили порошок серо-черного цвета с достаточно хорошей текучестью и сыпучестью, которые обеспечивают хорошее заполнение пресс-форм сложной формы, получению таблеток с достаточно высокой плотностью без спекания (5, 42...5, 46 г/см ).
Для идентификации фазового состава полученного материала был использован метод рентгенофазового анализа, который подтвердил, что при описанном выше термическом воздействии произошло образование селенида ванадия (VSe2) с кристаллической решёткой гексагонального типа, что подтверждается приведенным на фигуре 1 экспериментальным рентгеновским спектром полученных таблеток (1), который полностью совпадает с эталонным для селенида ванадия (2).
Дополнительно, были проведены исследования по изготовлению активной части ИИИ из VSe 2 и их сравнение с сердечниками серийно изготавливаемых источников из порошка селена. Из полученного порошка VSe 2 были отпрессованы таблетки диаметром 3 мм с использованием пресс-инструмента, предназначенного для изготовления серийных сердечников для штатной капсулы ИИИ. Масса разовой навески ограничена объёмом приёмной полости матрицы пресс- инструмента и насыпной плотностью используемого порошка. Насыпная плотность синтезированного порошка селенида ванадия — не менее 1,2 г/см 3 . Это обстоятельство позволяет установить разовую навеску для приёмной полости матрицы перед прессованием до 125 — 130 мг порошка селенида. При усилии прессования ~ (6...7) кН были получены таблетки, аналогичные по размерам таблеткам серийных источников. В составе селенида ванадия VSe 2 массовая доля селена равняется 75,5%, то есть количество активируемого материала (селена) в одной таблетке составляло 94,4-98,2 мг, что больше, чем в штатной таблетке, которое равно 85 мг (Каталог радионуклидных источников ионизирующего излучения и препаратов. Димитровград: АО «ГНЦ НИИАР», 2017, 45 с).
Для подтверждения термической стабильности геометрических размеров полученных таблеток селенида ванадия VSe они были подвержены термическим испытаниям, в ходе которых таблетки помещались непосредственно в капсулу из ванадия, и выдерживались при температуре 550°С. Результаты рентгеновского исследования (фигура 2) капсул до (а) и после (б) термических испытаний показывают стабильность геометрических размеров активной части ИИИ из VSe 2 . Данные исследования подтверждают исключение возможности произвольного формоизменения таблетки в процессе нейтронного облучения в атомном реакторе, являющегося причиной неконтролируемого изменения фокального пятна ИИИ.
Next Patent: ACCELEROMETER FOR MEASURING LINEAR ACCELERATION